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研究利用人誘導性多能干細胞重建出人體分節時鐘
閱讀：360 發布時間：2020-4-8從受精卵的一次分裂開始，復雜的蛋白和基因網絡相互作用，以構建形成器官的細胞模式。就像鐘表上的鐘擺一樣，每一次擺動和每個節拍都需要仔細對齊以維持形成生命的節奏。但是，我們對人類早期發育的許多理解都極為有限，一個關鍵原因是缺乏能夠復制這些復雜生物過程的實驗模型。
在一項新的研究中，來自日本京都大學等研究機構的研究人員利用人誘導性多能干細胞（ipsC）重建出人體分節時鐘（segmentation clock），這是胚胎發育研究的焦點。
比如，在人類受精大約20天后，一種稱為‘體節發生（somitogenesis）’的過程開始了。這是胚胎發育出*的稱為'體節（somite）'的節段并決定了身體的基本節段模式的時候。體節終有助于椎骨和肋骨的形成。
體節的出現是由分節時鐘決定的，分節時鐘是一種控制和指導它們出現的遺傳振蕩器。盡管已在小鼠、小雞和斑馬魚中研究了分節時鐘基因及其在發育中的作用，但在人類中幾乎沒有關于它們的任何知識。
解決此問題的一種方法是使用干細胞重建分節時鐘。在這項新的研究中，這些研究人員著手利用人ipsC細胞形成前體節中胚層細胞（pre-somitic mesoderm, PSM），即體節的前體細胞。
首先模擬早期發育過程中活躍的信號通路。通過利用在胚胎學中的知識，成功地培育出PSM及其后代的培養物。研究以有節律的模式表達的基因不僅表明它們在五個小時內振蕩，而且還揭示了尋找的分節時鐘的新遺傳成分。
除了簡單的基因振蕩外，這些研究人員還重現了分節時鐘的第二個特征，即表達波。隨后，他們使用基因編輯技術評估了與脊柱變形有關的關鍵基因的功能。
不出所料，這些基因發生的突變極大地改變了分節時鐘的各個方面，包括同步和振蕩。接著進一步培育出源自攜帶上述遺傳缺陷的患者的ipsC細胞，鑒定出所涉及的突變并進行了校正。
這項研究展示了ipsC細胞如何優雅地用于概括人類胚胎發育和其他復雜生物過程的各個方面。
和許多發育生物學家一樣，對胚胎和胚胎發育很感興趣。復雜的器官和組織是從非常簡單的初始結構形成的，這個形成過程的優雅和美麗令人震驚。我希望重建和分析胚胎發育的許多其他方面，并擴展對人類和非人動物發育仍然有限的了解。